柴油發電機選型與機房設計

彭 軍 董菁雯

柴油發電機選型與機房設計

彭 軍 董菁雯

從工程設計中所遇到的具體問題出發,著重論述了在柴油發電機選型過程中需要考慮的用電負荷、投入時間和配置,在機房設計過程中需要考慮的選址、布置和消防,為相關人員從事柴油發電機選型和機房設計工作提供了借鑒。

柴油發電機組選型,機房設計,自啟動電源,應急電源

柴油發電機具有單機容量等級多、配置方便,單位功率重量輕、安裝靈活,熱效率高、燃油消耗低,啟動迅速,并能很快達到全功率,操作簡單、維護便利等優點。這使得柴油機發電作為自啟動電源在工業和民用領域得到了廣泛的應用。相關工程有電廠的保安電源、高層民用建筑的緊急電源或消防電源(通常緊急電源兼作消防電源)和電子信息系統機房的不間斷電源等。與其他發電項目相比柴油發電項目的系統較為簡單,但是從既要滿足相關的規范和用電要求,又要合理配置機型和優化機房設計的要求出發,設計人員在設計過程中仍應著重考慮以下幾個方面。

1 選型

1.1 用電負荷

負荷一般分為電阻性、電感性等線性負荷與內含整流電路的非線性負荷。對于電阻性負荷,發電機組的容量只要略大于負荷功率即可。對于電感性負荷,其啟動電流為正常運轉時的 5倍 ～7倍,通常采用減壓啟動的方法(星形—三角形換接啟動,自耦減壓啟動,電抗減壓啟動,延邊三角形啟動)。對于像計算機和通信設備這種整流濾波型負荷或UPS等非線性負荷,出于安全考慮應把機組容量選大一些[1]。

對于火電廠的保安電源,應根據相關規定[2,3]確定用電負荷。保安負荷僅限于機組的交流廠用電源突然全部消失后,保證機組安全停機,不致損壞設備,并能很快啟動、恢復供電,而必須繼續運行的負荷。

對于民用建筑,也應根據規定[4-6]合理統計用電負荷。柴油發電機作為應急電源,其使用特性是使用時間短、長期處于閑置狀態,同時該設備的費用占據了該工程投資的主要部分。如果用電負荷統計過多會導致機組選型偏大,投資額急劇上升。建筑物的用電負荷可分為保安型負荷、保障型負荷和一般負荷。計算應急發電機組的容量時,保安負荷必須考慮在內,保障負荷則根據大樓功能及電網情況來定,若大樓功能要求較高或城市電網供電不穩定,則應將第二類負荷考慮在內。

對于像銀行和各類調度中心的電子信息系統機房的用電負荷,除應參照以上民用建筑的相關規范外還應結合行業規定[7]予以考慮。需要強調的是,依據規范,用電負荷包括 UPS的基本容量、空調和制冷設備的基本容量、應急照明及關系到生命安全等需要的負荷容量。

1.2 投入時間

通常要求柴油發電機在非常短的時間內將所發的電投入到用電線路中。保安電源要求 5 s內完成線路切換,20 s內恢復母線段的供電。民用建筑要求在 30 s內實現供電。由于電子信息系統機房設有 UPS,通常柴油發電機要在 UPS失電之前開始供電。標準型 UPS備用時間為 5min～15min,長效型為 1 h～8 h,應根據 UPS的選型來確定不間斷電源的投入時間。

1.3 容量

通常柴油發電機標有常用功率(額定功率)和備用功率(最大功率)。常用功率是指在標準環境下,連續運轉 12h的輸出功率;備用功率指每連續運轉 12 h可允許在 1 h內運轉的最大功率。另外,在容量估算時需考慮多方面的因素,包括使用環境、負載類型和預留余量等方面[8]。

柴油發電機按照轉速、功率、用途等有多種分類方式,通常采用的是按照柴油發動機的轉速分類。柴油機按照轉速可以分為低速、中速和高速機,參數和用途見表 1。低速機單機容量可以做到 10MW,但是由于該類機需要長期處于熱備用狀態使得維護較為繁瑣,且加載時間較長(有的品牌機要延遲十多分鐘),故不建議考慮低速機。

表1 柴油發電機分類

當負荷較大時可采用多臺中高速機并車運行方式來滿足負荷要求。此時使用 n+1運行模式(n指滿足負荷要求的并車柴油發電機組的臺數),即電源故障停電經過延時確認以后,發出自啟動指令,如果某一臺機組連續 3次自啟動失敗,應發出報警信號并自啟動那多出的 1臺機組。柴油發電機組應盡量選用同型號、同容量的機組,以便備用相同的零部件,方便維修與管理。負荷變化大的工程,也可以選用同系列不同容量的機組。機組輸出標定電壓一般為 400 V,個別用電量大,輸電距離遠的工程可以選用高壓發電機組[9]。

2 設計

2.1 選址

柴油發電機房的生產過程中火災危險性等級為丙級,最低耐火等級為二級。應滿足相應的防火規程和規范的要求,根據主導風向將機房布置于清潔、涼爽、干燥的環境中,以使機房保持良好的通風、降低機房溫度,并提供給發電機組足夠的新風,盡量避免其運行噪聲、振動和排氣對周圍環境的影響[10]。

對于電廠、電子信息系統機房這一類建筑,柴油發電機設置在一層。條件允許下,應使柴油發電機房的兩面墻直接靠室外,這樣發電機房的進排風條件較好,可以一面墻專作進風使用,另一面墻專作排風使用。

對于高層民用建筑,如果有地下層,柴油發電機一般設置在地下一層。若設置在地下一層,首先需考慮到發電機的搬運問題,以使其規劃的搬運通道及樓面荷載能滿足發電機的運輸要求。其次得考慮發電機的進風、排風、排煙通道,由于設置在地下一層,發電機機房一般不直接靠室外,所以在設計初期應預留足夠面積的進風、排風和排煙井道。

2.2 布置

柴油發電機房分五大功能區,分別為機房區、控制室、進風間、排風消聲間、油箱間[11]。

應急機組一般只設一臺機組,可以把柴油發電機組和發電機控制屏設在同一間機房內。小容量機組一般把控制屏設置在機組上,也可以設置在同一間機房內,典型布置見圖 1。對于裝機容量較大、臺數較多的機組,可把機組分為裝設機組的機房和裝設控制屏和配電屏的控制室,并設置必要的輔助房間。

機房的通風散熱應按排除機房的余熱和有害氣體,并能滿足柴油機所需的燃燒理論空氣量設計。一般盡量采用自然通風或在機房墻上裝設排氣扇以滿足通風散熱的要求。如果機房設在地下室或將其降噪要求較高,需單獨設置進、排風系統及機房散熱設備。設計排煙系統時,應注意排氣系統急劇的溫度變化,減小高溫、振動和強烈的排氣噪聲問題,同時還應注意阻力不得超過允許范圍[12]。

每臺發電機對應設置一個獨立封閉的油箱間,面積為4m2及以上,油箱間的門為甲級防火門,且向發電機間開啟。在油箱間底部,為了隔離油污,一般設置 300mm～500 mm的沙石層,油箱間設置門檻,以防止漏油流向機房區。依據相關規定,需要借助輸油管把柴油從儲油區輸送到日用油箱,或是就近設置埋地油罐來解決長時間連續供油的問題。要根據相關輸油和防火規范來布置輸油管和油罐[13,14]。

2.3 消防

柴油發電機房的主要火災危險是燃油起火和電氣線路起火,按照消防規范要求,機房內應設置必要的火警報警系統和滅火系統。對于一般的中小型電站,在電站的適當部位,按照附近設備的性質,設置一定數量的熄滅電起火和油起火的滅火器即可。在大型柴油電站和條件較好的中小型柴油電站目前主要使用鹵代烷型或二氧化碳型無管網滅火系統以及 FM 200氣體滅火系統。

3 結語

通過分析柴油發電機選型和機房設計工作,相關人員在設計中應注意以下事項：

1)應根據負荷特性和相關規范合理圈定供電范圍;2)應根據工程特點和相關規范明確供電投入時間;3)建議采用 n+1的模式配置中高速柴油機;4)機房選址應遵循相關防火規范,同時保證通風順暢;5)在允許的條件下通過合并功能區來實現節約布置,但是要確保一機對應一油箱間;6)按照相關防火規范的要求裝設防火報警和滅火裝置。

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[3]DL/T 5000-2000,火力發電廠設計技術規程[S].

[4]JGJ/T 16-92,民用建筑電氣設計規范[S].

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[6]GB 50016-2006,建筑設計防火規范[S].

[7]GB 50174-2008,電子信息系統機房設計規范[S].

[8]楊貴恒,賀明智,袁 春,等.柴油發電機組技術手冊[M].北京：化學工業出版社,2009：3-23.

[9]袁 春,張壽珍.柴油發電機組[M].北京：人民郵電出版社,2003：17-20.

[10]陳德賀.柴油發電機房的設計及安裝應注意的幾點問題[J].福建建筑,2004,89(4)：50-52.

[11]羅 暢.柴油發電機房的設計[J].建材與裝飾,2008(5)：14-15.

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[13]GB 50156-92,小型石油庫及汽車加油站設計規范[S].

[14]DL/T 5204-2005,火力發電廠油氣管道設計規程[S].

Diesel generator selection and power room design

PENG Jun DONG Jing-w en

From the engineering design of the specific problems,this paper focuses on electricity load,time to start power supply and con figuration in the selection of dieselgenerators,and site selection,arrange and fire control.This paper provides a reference for related personnel engaged in the selection of diesel generators and the design of power rooms.

selection of diesel generators,power room design,self-starting power source,emergency power source

TU271

B

1009-6825(2011)03-0017-03

2010-10-18

彭 軍(1982-),男,碩士,助理工程師,上海電力設計院有限公司,上海 200025

董菁雯(1969-),女,高級工程師,上海電力設計院有限公司,上海 200025

結構抗震